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《厦门大学》 2009年
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基于聚吡咯一维纳米材料的特殊微/纳米结构的构建

黄三庆  
【摘要】: 一维纳米材料如纳米线、纳米管等,以其独特的物理、化学性能,以及在纳米器件等领域广泛的应用前景,近来受到广泛关注。如何控制一维纳米材料的尺寸、维度和取向,将其按照一定规律进行组装、复合,对于深入研究材料形貌与物性问的关系,最终实现按照人们的意愿设计和组建功能纳米器件具有非常重要的意义。本论文以生物分子为形貌诱导剂,采用电化学法,通过对实验条件的调控,制备得到了导电高分子聚吡咯(PPy)的高长径比纳米线、有序纳米线和多种形貌新颖的基于PPy纳米线的多级结构,该方法具有操作简单、条件温和、制备时间短、可控性好、成本低廉、安全环保和无需后续处理等优点。同时利用扫描电子显微镜、红外光谱、X射线能谱、表面接触角和循环伏安法,对样品的形貌、结构组成、表面性能和电化学性能进行了表征测试,并详细探讨了它们的制备条件和形成机理。 本论文主要内容包括:以淀粉为形貌诱导剂,以电导率为0.1或0.6 S cm~(-1)的ITO为工作电极,采用两种电化学体系两步电化学法制备了有序短纳米线/微米山谷状PPy多级结构或网状纳米线/微米菜花状PPy多级结构;以明胶为形貌诱导剂,以镍片为工作电极,采用一步电化学法制备了表面平滑的PPy有序纳米线阵列或PPy高长径比纳米线,或通过两步阶跃法制备了纳米线/微米球PPy多级结构和纳米线/纳米棒PPy多级结构。 研究发现,当制备短纳米线/微米山谷状PPy多级结构或网状纳米线/微米菜花状PPy多级结构时,通过调节第二步中的施加电位和反应时间,可有效控制多级结构中的纳米线的直径(200~1000 nm)、长度(50~150 nm)和取向,其表面性能也随着多级结构中纳米线形貌的改变而有规律变化。通过在普通微米山谷状PPy膜上合成PPy纳米线,构建有序短纳米线/微米山谷状PPy多级结构,可实现PPy的表面性能由亲水性向疏水性转变,并通过制备条件的控制,可使其表面接触角在95~129°间变化;通过在普通微米级菜花状PPy膜上合成PPy纳米线,构建网状纳米线/微米菜花状PPy多级结构,可获得具有超亲水性能的PPy的表面,并通过制备条件的控制,可使其表面接触角在0~76°间变化。 当制备PPy有序纳米线阵列或PPy高长径比纳米线时,通过调节施加电位、电流和反应时间,可有效控制纳米线的直径(110~200 nm)、长度(1.5~15μm)和取向。确定了施加电位0.75 V、反应时间300 s为采用恒电位法制备表面平滑的高长径比PPy纳米线的最佳条件,该条件下纳米线的平均直径为130 nm,长度约为15μm;施加电流10 mA,反应时间200 s为采用恒电流法制备表面平滑的高长径比PPy纳米线的最佳条件,该条件下纳米线的平均直径为126 nm,长度为12μm左右。 当制备纳米线/微米球PPy多级结构和纳米线/纳米棒PPy多级结构时,通过调节前后两步的施加电位和反应时间,可有效控制多级结构的形貌。当第一步施加电位为0.80 V,施加时间为50 s,第二步施加电位为0.73~0.75 V,施加时间为100~200 s时,所制备的PPy纳米线/微米球多级结构中纳米线的直径为160~330 nm,长度为2.5~7μm的;当第一步施加电位为0.78 V,施加时间为100 s,第二步施加电位为0.73~0.77 V,施加时间为200 s时,所制备的PPy纳米线/纳米棒多级结构中纳米线的直径为120~180 nm,长度为4~8μm。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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